5G相控阵天线罩产业发展研究报告

5G相控阵天线罩产业发展研究报告

依托信息消费试点示范城市建设，面向各类消费主体特别是信息技能相对薄弱的农牧民、老年人等群体，组织开展信息消费培训，普及信息应用、网络支付、风险甄别等相关知识。鼓励企业、行业协会等社会力量结合当地特色和优势，组织开展信息类职业技能、创业创新等系列大赛，提升信息消费技能。2020年之前选择重点地区实施100个以上信息技能培训项目。主要目标（一）消费规模显著增长到2020年，信息消费规模达到6万亿元，年均增长11%以上。信息技术在消费领域的带动作用显著增强，拉动相关领域产出达到15万亿元。（二）覆盖范围惠及全民到2020年98%行政村实现光纤通达和4G网络覆盖，加快补齐发展短板，释放网络提速降费红利。（三）载体建设稳步推进创建一批新型信息消费示范城市，打造区域性信息消费创新应用高地，培育一批发展前景好、带动作用大、示范效应强的项目。（四）产业体系逐步健全加强核心技术研发，推动信息产品创新和产业化升级，提升产品质量和核心竞争力。在医疗、养老、教育、文化等多领域推进互联网+，推动基于网络平台的新型消费成长，发展线上线下协同互动消费新生态。（五）消费环境日趋完善信息消费法律法规体系日趋完善，高效便捷、安全可信、公平有序的信息消费环境基本形成，努力实现消费者能消费、敢消费、愿消费。推动信息基础设施提速降费深入落实宽带中国战略，组织实施新一代信息基础设施建设工程，推进光纤宽带和第四代移动通信（4G）网络深度覆盖，加快第五代移动通信（5G）标准研究、技术试验，推进5G规模组网建设及应用示范工程。深化电信普遍服务试点，提高农村地区信息接入能力。加大网络降费优惠力度，充分释放网络提速降费红利。到2020年实现城镇地区光网覆盖，提供1000Mbps以上接入服务能力；98%的行政村实现光纤通达和4G网络覆盖，有条件地区提供100Mbps以上接入服务能力；确保启动5G商用。通信设备行业的技术发展情况和未来发展趋势（一）通信设备技术的整体发展历史：由分裂走向统一1、通信设备行业1G时代：各国各自研制自己的移动通信系统1973年，摩托罗拉研发出了世界第一台手机；1976年，ITU批准了800/900MHz频段用于移动电话的频率分配方案。1978年底，美国贝尔实验室研发成功了世界第一套移动通信系统AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）并于1983年开始正式商业运行，开启了1G时代；随着AMPS的面世，欧洲各国也纷纷建立齐了自己的第一代移动通信系统，包括北欧的NMT（NordicMobileTelephone）、前联邦德国的C-Netz和英国的TACS（TotalAccessCommunicationsSystem）等。作为最早面世的移动通信系统，AMPS受到了广泛的欢迎，在超过70个国家运行，是1G时代最广泛使用的通信技术标准。2、通信设备行业2G时代：欧洲各国开始联合，欧洲VS高通的通信标准格局形成1982年，为研发、设计一个可以泛欧洲使用的移动通信系统，欧洲邮电管理委员会设立了GSM（法语GroupeSpécialMobile，移动通信专家组，其标准化的职能后转移）。1986年，为与美国在通信领域竞争，建立一个更先进、更广泛使用的泛欧通信技术标准，欧洲委员会（EuropeanCommission）于1986年开始对美国通信行业的情况进行了考察，并于1987年第一次公布了设立一个通信技术标准协会的设想。1987年，德国、比利时、丹麦、西班牙、芬兰、法国、爱尔兰、意大利、挪威、荷兰、葡萄牙、英国、瑞典共同签署了一份备忘录，同意在1991年前建立一个泛欧洲的、基于数字信号的通信系统，并委托GSM承担该任务。1988年，欧洲邮电管理委员会设立了ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，欧洲电信标准协会）。1989年，欧洲邮电管理委员会将GSM的职能转移给了ETSI，同年，新一代的泛欧洲通信系统标准被确定，即GSM（GlobalSystemforMobilecommunications）标准，欧洲的通信技术标准得到了统一。在欧洲大力发展GSM标准的同时，美国的高通也在布局新一代的通信技术，与基于TDMA（时分多址）技术的GSM标准不同，高通采用CDMA（码分多址）技术建立了自己的通信技术标准IS-95，并于1993年被美国电信行业协会（TelecommunicationsIndustryAssociation）确立为2G标准，相关网络系统后续在中国香港、韩国等多个地区部署，在全球形成欧洲的GSM和高通的CDMA两大2G标准竞争的格局。3、通信设备行业3G时代：更多国家、组织积极参与通信技术标准的设立1985年，联合国下属的ITU（InternationalTelecommunicationUnion，国际电信联盟）提出建立新的通信技术规范，即FPLMTS（FuturePublicLandMobileTelecommunicationsSystem，未来公共陆地移动通信系统）。由于GSM等2G网络的部署，ITU的该计划暂时搁置（FPLMTS后被改名为IMT-2000）。1987年，一项旨在研究一种在革命性的通信系统的研究在英国剑桥开展，研究员们将这项技术称作UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem），该研究得到了欧洲委员会和爱立信、诺基亚等厂商的资助。上世纪90年代初，越来越多的SDO（StandardsDevelopingOrganization，标准化组织）和通信厂商意识到全球通行的通信技术标准的意义，包括ESTI、日本的ARIB等标准化组织以及爱立信、诺基亚、三星都开始进行研究。为了能够采用单一标准，ITU要求每个地区的SDO和厂商提交能够满足IMT-2000性能要求的无线电传输技术的提案。1992年，UMTS的研究取得了阶段性成果，但参与UMTS研究的各方对UMTS的无线电传输部分选择ATDMA技术还是WCDMA技术存在争议。1996年，在欧洲委员会的促进下，爱立信、诺基亚等厂商，法国电信、Orange等运营商以及标准化组织ETSI共同建立了UMTS论坛，以推动UMTS的产业化发展。其后，日本加入了欧洲阵营，UMTS确定以WCDMA技术作为无线电传输部分的技术。1996年-1998年间，各大SDO和相关厂商提交了17个提案，包括欧洲和日本SDO联合主张的WCDMA（UMTS），高通和三星为主的厂商联合主张CDMA2000和中国主张的TD-SCDMA。1998年，为支持UMTS成为世界标准，以ESTI为核心的组织、厂商建立了3GPP（3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作计划）；同年，支持CDMA2000的以高通为核心的厂商、组织建立了3GPP2、3GPP和3GPP2都宣称为ITU的IMT-2000项目服务。1999年，为推动TD-SCDMA的普及，中国的标准化组织CCSA同时加入了3GPP和3GPP2。中国主张的TD-SCDMA后来成为UMTS的一部分，与WCDMA作为UMTS的两个不同版本。2000年，经ITU确认（ITU-RM．1457Recommendation），WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA被确立为3G（IMT-2000）的标准。4、通信设备行业4G时代：高通放弃主导标准，IT厂商竞争失败，技术标准趋向统一在3G时代，为收回对UMTS研究的资助，欧洲各国采用了最大化频谱使用权拍卖价格的政策，使运营商背负了较大的投入成本，因此运营商在短期内无法承受再一次革命性的通信技术更新。在这种商业背景下，各大标准化组织和厂商对于通信技术的研究方向主要是在现有体系下演进，3GPP和3GPP2两大组织分别在其原支持的UMTS、CDMA2000的基础上推出了LTE（LongTermEvolution）和UMB（UltraMobileBroadband）。在通信行业组织演进技术的同时，主要由IT厂商和工程师组成的IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电机电子工程师协会）也升级了其负责制订的Wi-Fi技术标准；升级后的IEEE802．16e及以后版本Wi-Fi技术标准可以支持移动互联网功能，开始与通信行业组织与厂商进行竞争。2008年，ITU定义了4G（IMTAdvanced）网络技术的性能指标，要求相关SDO和厂商向ITU提交4G技术的提案。同年，高通宣布停止推广UMB，加入LTE阵营。2009年，3GPP和IEEE分别向ITU提交了LTEAdvanced和WiMAXrel2．0（IEEE802．16m）作为4G（IMTAdvanced）技术标准的提案。2011年，经ITU批准，LTEAdvanced和IEEE802．16m都被确认为4G的技术标准。2012年，IEEE公布了WiMAXrel2．1，由于WiMAXrel2．1不兼容以前的版本，众多运营商和厂商转向LTEAdvanced，LTEAdvanced成为唯一主流的4G通信技术标准。5、通信设备行业5G时代：第一次尝试全球统一标准，标准分批冻结以往通信技术标准的不统一为各大软硬件厂商、运营商都带来了很大的不便，因此在5G时代统一全球标准成为了通信行业绝大部分参与者的共识。经过3G、4G时代标准制定工作的发展，由ITU发布定义和指标需求，由各大SDO和厂商进行研究，再在3GPP框架内进行讨论、谈判、确认，最后由3GPP向ITU进行提案成为了通信行业普遍认可的确认通信技术标准的方式。2015年，ITU公布的ITU-RM．2083文件定义了5G（IMT-2020）技术的应用场景和技术指标，根据ITU的定义，5G的三大典型应用场景包括：①eMBB（EnhancedMobileBroadband，增强型移动宽带），主要应用场景包括3D/超高清视频、VR/AR、云存取、高速移动上网等需要大流量移动宽带的场景；②URLLC（UltraReliable&LowLatencyCommunication，高可靠低时延通信），主要应用场景包括无人驾驶/智能驾驶、工业互联网等要求极低时延和高可靠性的场景；③mMTC（MassiveMachineTypeCommunication，大规模机器通信），主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等需要大规模数据连接的场景。根据3GPP的规划，5G标准分为R15、R16和R17，目前R15、R16标准已经冻结。R15版本标准已经能够初步支持ITU定义的5G应用场景中eMBB和URLLC两大场景，因此R15的冻结意味着面向5G规模商用的网络设备、芯片、手机以及各种多样化的智能硬件可以开始生产，部分运营商已经可以开始5G网络的部署和运营；R16的冻结标志着5G网络具备真正的系统级低时延高可靠性能力，并实现了网络切片应用背景下的4G—5G互操作问题，以满足智慧车联网、工业互联网等行业应用。根据3GPP的时间表，R17版本标准预计于2022年6月冻结。（二）5G基站设备的变化：覆盖范围更小、集成程度更高、发热/能耗更大1、因频段原因，相同情况下5G基站的覆盖范围更小在相同情况下，无线电波的波长越长（频率越低），其传播距离越远。基于历史原因，各国低频段的频谱资源大部分分配给力其他网络（2G网络主要运行在0．9Ghz附近，3G网络主要运行在1．8Ghz附近，4G网络主要运行在2．3-2．6Ghz附近）和其他无线电波服务（比如广播电视），考虑到频谱资源的限制，大部分5G网络运行在比以往网络更高的频段上，因此在相同条线下，5G基站的覆盖范围一般较4G网络更小。除以上因素外，因现实中不存在理想的传播条件，基站的覆盖范围还要考虑到各种损耗。由于无线电波自身的性质，5G高频信号的传输，尤其是毫米波段的5G信号会受到空气中的氧气、水蒸气等分子的明显影响，包括对无线电波能量的吸收、使无线电波散射等，越高频率的无线电波受到的影响越大。除了在空气中传播受到影响以外，越高频率的无线电波在穿透物体时的衰减也越大，以穿过建筑外墙为例，频率越高的无线电波受到的衰减影响越大。2、为增强覆盖、提升网络性能，5G基站大量使用MIMO技术为增大5G网络的覆盖面积，实现5G技术标准所要求的性能，5G基站设备将大量使用MIMO（MultiInputMultioutput，多进多出）技术。MIMO技术是4G时代发展出的一种关键技术，其基本原理是在发送端和接收端部署多根天线，通过多根天线配合提供分集增益和赋形增益，以提升网速和覆盖率面积。分集增益是指通过多天线同时收发信号，在单位时间内传输更多的数据，提高数据的接收成功率。赋形增益是指利用波的干涉原理，增强部分波束，从而增强波束的传播能力。在3G，4G时代，基站设备主要由BBU（BuildingBasebandUnit，负责基带信号调制）、RRU（RemoteRadioUnit，负责数字信号和模拟信号转换以及模拟信号的处理）和天线（负责收发承载模拟信号的无线电波）组成，其中RRU以往通过馈线和天线进行连接。由于5G的基站天线将普遍使用mMIMO技术，天线数量相比以往的3G、4G设备大量增加。为适应天线数量增加以及5G网络对延迟的要求，5G基站天线将原属于RRU的组件集成进天线，并加入移相器等其他组件，从无源天线变为有源相控阵天线（AAU）。为追求更高的性能，5G基站的集成程度和电子元器件功耗将大大增加，基站设备的整体发热量、设备功耗随之增加，内部电磁也将更将复杂。根据国内权威的5G推进组织IMT-2020的数据，5G基站的功耗约是4G基站的2~3倍。组织开展信息消费体验活动组织开展信息消费城市行，通过政策解读、展览展示、互动体验、现场参观等形式，扩大信息消费影响力。支持各地组织信息消费体验周、建设信息消费体验馆等各种活动，积极运用虚拟/增强现实、交互娱乐等技术，深化用户在应用场景定制、产品功能设计、数字内容提供等方面的协同参与，提高消费者满意度，丰富信息消费体验，培养信息消费习惯。基本原则（一）坚持需求拉动、创新发展以满足人民群众期待为出发点和落脚点，加快提升产业供给能力，推动信息消费供给结构与需求结构有效匹配、消费升级与有效投资良性互动。（二）坚持多方联动、协同发展以企业为主体，加强产学研用各方协作，促进产业链协同发展，构建完善的信息消费生态体系，扩大信息消费覆盖范围。（三）坚持因地制宜、特色发展引导各地根据经济基础和产业特色合理定位，结合信息消费需求发展的新变化、新趋势，不断调整体系，分类别、分层次、分步骤有序推进。（四）坚持有序推进、安全发展树立正确的网络安全观，统筹促发展与保安全，加强信息消费市场监管体系建设，完善安全管理体系，持续优化产业发展环境。5G基站设备的变化对零部件提出的新要求（一）5G基站设备对天线罩的要求大幅提升在非理想条件下，无线电波的传输需要考虑传输过程中的损耗，包括通过天线罩时的损耗，包括吸收损耗和折射损耗。衡量这两个损耗的指标分别是损耗角正切和介电常数，天线罩的介电常数越低，电磁波在空气与天线罩界面的反射就越小；材料的损耗角正切越小，电磁波在透过天线罩时的能量损耗就越小。天线罩的介电常数越低、损耗角正切越小，透波率（透射波功率/入射波功率）越高。在以往的网络中，由于无线电波的频率相对较低，信号覆盖范围较广，不涉及较为复杂的信号处理，因此对天线罩的要求主要出于防护性能方面、耐久性能方面的考量；在5G网络中，由于高频率无线电波的传播性能更差，对天线罩的介电性能更敏感。除介电性能外，5G基站设备也要求天线罩有更高的平整度（一致性）。由于5G基站天线使用天线阵列的方式实现高增益、高容量等特性，为减少各天线信号之间的干扰，实现最佳的效果，天线罩必须拥有更高的平整度、耐变形能力和均匀性，使无线电波通过天线罩时能够按照既定算法传播，不会因为天线罩的不平整或形变而改变无线电波的通过、反射情况。（二）5G基站设备对热管理系统内零部件的性能要求大幅提升5G基站设备的功耗和发热量都远大于以往的设备，为使基站设备在高负载下的稳定、长久运行，5G基站设备对于热管理系统的相关零部件性能有更高的要求。以芯片导热界面材料为例，以往4G基站设备普遍使用3W/m•K、5W/m•K的导热垫片，而5G基站设备普遍使用7W/m•K甚至更高导热系数的产品。（三）5G基站设备对绝大部分零部件提出了轻量化的要求相比于高分子材料零部件，金属零部件的重量较大，实现高加工精度的成本更高，不符合5G基站设备轻量化、精细化的要求。以往2G、3G、4G的基站设备的集成程度较低，重量较轻，部署起来难度相对较小；由于集成度的提升，5G基站天线重量增加较多，如不进行减重，基站天线会超过大部分站址的承载能力。鉴于以上情况，目前5G基站设备中较多的零部件存在去金属化、轻量化的趋势，比如用陶瓷/塑料滤波器和塑料天线振子替代以往的金属零部件，用塑料/新型复合材料天线罩替代以往的玻璃钢天线罩。通信设备行业的市场规模情况和未来发展趋势（一）通信设备行业整体规模：具有周期性，由运营商的投资规模决定1、通信设备零部件业的整体市场规模由下游运营商投资规模决定的原因通信设备零部件业属于下游驱动的行业，通信设备零部件厂商所面对的市场份额即是下游通信设备厂商的总体采购总额，而通信设备厂商的采购总额受到再下游通信服务运营商投资规模的重大影响，因此运营商的投资规模基本上决定了通信设备零部件业的市场规模。当新的通信技术出现后，为保持竞争力，通信服务运营商会结合自身情况购买设备以更新无线通信网络，在网络更新建设大体完成后适当减少投资回收资金，因此通信服务运营商的投资规模总体上具有波动性。由于主要国家和地区的4G网络部署高峰已过而5G尚未提上日程，全球运营商投资规模自2015年到达投资高峰后转入相对低谷期。2、通信设备行业收入受到运营商投资规模的明显影响受到运营商投资规模下降的影响，2016年-2018年通信行业厂商的业绩收入明显下降。根据GSMA的预测，运营商投资规模将逐年上升，在2023-2024年间到达5G周期的波峰。中国、美国、欧洲、除中国以外其他亚洲地区是主要市场根据GSMA的数据，未来主要的5G投资将主要在中国、除中国以外的其他亚洲地区、美国和欧洲。3、建设规模对通信设备零部件厂商的影响：有利于当地厂商虽然通信设备是行业分工比较细化的厂商，主要厂商的供应链都较为全球化，但考虑到运输成本、产业链集群和目前的贸易保护趋势，未来的5G建设将主要有利于中、美、欧和亚洲其他地区的厂商。（二）通信设备行业建设策略：频谱策略、组网策略存在差异根据目前的5G标准发展现状，5G主要可分为低频（＜1Ghz）、中频（1-6Ghz）和高频（＞6Ghz）三个频段。从各国的5G发展计划和频谱划拨、频谱拍卖情况来看，主要5G发展地区的频谱策略有所差异。从频谱的情况看，目前日本、韩国的5G频谱工作推进较快，美国在中频频谱分配工作进展落后，中国主要集中精力在中频，而欧洲的频谱工作进展缓慢。5G的组网策略大致分为SA（Standalone）和NSA（Non-Standalone），前者是指完全建设一张崭新的5G网络，用更高的成本获取更好的性能；后者是指利用4G网络的核心网和接入网（基站设备），建立4G/5G混合的网络，可以部分实现5G网络的一些性能（主要是相比4G更快的网速和网络容量）。相比SA，NSA是一种过渡性的方案，属于渐进迁移的策略。从目前的建设情况看，中国是唯一正在主力推进SA方案的国家。不同国家、不同地区的5G建设策略对通信设备零部件厂商的影响主要体现在产品路线的选择和业绩实现的时间两个方面。在产品路线的选择方面，由于高频5G和中、低频5G在基站设备零部件方面有较大的差异，着力于高频5G发展的厂商在产品路线的选择方面与其他厂商有一些差异。高频5G网络的覆盖能力较差，但可用的带宽较大，能够更快速地传输大量的数据，主要针对的是5G三大场景中的eMBB场景。为实现高速的数据传输、处理，高频5G基站设备内部的电子元器件，如芯片、内存的性能的要求更高，因此发热量更大，需要更高效率的导热。针对以上需求，相关通信设备零部件厂商就需要调整产品路线，更早地着力于相关材料、产品的研发。另外，由于无线电波的特性，高频基站设备的天线罩与低频设备的要求有非常大的差异，相关通信设备零部件厂商也需要更早地确定天线罩产品的材料、工艺路线。在业绩实现的时间方面，SA和NSA的组网策略对于通信设备零部件厂商的业绩有不同的影响。由于SA的组网策略更早地大力建设核心网和承载网，相关的通信设备零部件厂商，如交换机芯片厂商（核心网）、光纤厂商（承载网）将更早的收益于5G网络的建设，而市场份额主要在NSA组网策略地区的厂商的业绩实现将更为平缓。（三）通信设备行业细分市场规模：随整体规模变动回升，投资结构变化利好所处细分市场通信服务运营商对主设备商、天线设备厂商等行业下游厂商的通信设备产品（以下简称运营商对下游客户产品）的采购规模；运营商对下游客户产品中，行业产品线所对应零部件的价值量。由于5G网络技术、相关产品形态、网络结构和市场需求等方面的变化，通信服务运营商对下游客户产品的采购规模将明显提升，具体原因：①根据技术特性和市场需求估计，基站建设数量将走出波谷、明显提升基站大体上可分为宏基站和微基站，前者主要用于网络的覆盖，后者主要用于流量热点区域（如演唱会这样的用户密集场景）的容量扩充和信号死角区域（如外部信号难以覆盖到的建筑内部）的信号增强补漏。由于无线电波的物理特性，波长越长的无线电波其传播能力相对越弱。根据目前的公开信息，绝大部分的5G网络（中低频部分）承载频段在3．3Ghz-3．8Ghz之间，高于4G网络的普遍频段范围（0．7Ghz-2．7Ghz），因此5G网络要达到与4G网络相同的覆盖范围，需要建设更多的基站。鉴于以上情况，预计5G宏基站的建设数量将明显超过4G基站。以中国为例，根据工信部的频谱规划，中国移动的5G频段在2，515MHz-2，675MHz和4，800MHz-4，900MHz，中国电信的5G频段在3，400MHz3，500MHz，中国联通的5G频段在3，500MHz-3，600MHz。根据相关机构的预测，中国的5G宏基站建设数量预计是4G宏基站建设数量的1．4倍，在2022年达到建设高峰。②基站设备性能要求提高，使单位基站产品的价格有明显提升。为实现标准化组织定义的5G网络性能，5G通信基站与以往的基站设备相比有很大的变化，集成程度明显增加，产品价格明显提升，增加了零部件的价值量。③通信服务运营商对下游客户产品的采购规模将明显提升。通信设备行业面临的机遇与挑战（一）通信设备行业面临的机遇行业目前面临的机遇主要是5G网络的建设。由于5G设备对零部件透波性能、导热性能、EMI屏蔽性能和零部件轻量化等方面提出了更高的要求。在单一性能指标方面，5G高频信号的能量衰减较大的特性要求天线罩具有更低的介电损耗性能以实现较好的信号传输指标，核心芯片数据处理能力的提升带来的芯